太阳能光伏电池板水平单轴控制系统方案

太阳能水平单轴支架控制系统

控制方案有2个，①主、从机均单片机系统，主机1个连接上位计算机进行监控。②主机选用工控机形式，嵌入式触摸屏工控机（或PLC系统），作为上位机监控。

单片机主机接入信号：光感传感器2个，风速仪1个；如工控机形式由预处理板接入（PLC 系统的信号接入PLC信号处理模块）。程序控制算法，根据输入的当地经纬度天文公式来计算出太阳角度与时间变化及配合光感传感器来精确定位(总线CAN接口，用于与从机通讯；RS232，预留扩展无线通讯模块用，用以大规模光伏电站应用，使用OPC技术与第三方通讯软件进行通讯；485接口用于上位机通讯)，主机负责控制控制指令的计算及下发，是控制的核心部分。

从机为单片机系统，负责接受主机的指令并响应动作，并上传运行情况。根据光伏发电系统的大小规模从机数可达千个，通过总线与主机连接，从机接入信号：角度传感器1个，2个机械行程开关，电机电流信号变送器，电机电源断路器跳闸辅助开关，输出驱动电机（三相）；从机可设置1个插拔的液晶设定器，用来地址设定、安装后初始调试设机旁操作箱就地点动及参数测试等方便调试用。

系统控制要求

集中模式。这时，从机操作箱上的开关在“远控集中”位，程序按照总线控制模式自动运行，系统能够自动根据现场实际情况进行运转。程序主要分为以下几个部分：（1）正常运行模式。即系统按照当前的时间和太阳能入射角自动跟踪太阳照射对太阳能支架进行调节，使其接收太阳照射的程度最大化。（2）复归模式。当系统出现故障时，可以自动复位，在下一个运行阶段可以自动重新运转系统，使系统能够正常工作。也应用在大雪、大风等程序中。（3）大雪、大风模式。当风力传感器检测到风速达到一定值的时候，系统将退出正常运行模式，进入复归模式，等到外部条件满足后在自动进入到正常模式。（4）夜返模式。当时间进入到夜晚时，太阳能支架就会自动回归到初始状态，等到第二天进行太阳能初始角的计算，再控制太阳能支架运转的设定的角度。

系统功能、特点：该系统用经纬度位置计算太阳照射角度，（因阳光进入大气层时会有折射角，再配合光感传感器来精确定位修正，保证太阳能电池板与太阳保持正对位置，可以最大化的利用太阳能。清晨，转至朝东极限位，光感仍然处于休眠状态，此时，每一定时间向西运行一次，每次运行步长为数秒或1 秒以下（参数需要设定），经计算后的定位角度值指令由主机下达至各从机使电池板统一对准太阳，间隔一定时间后动作一次，动作一次到位。直至太阳落山，或触碰端点限位开关而停止运行。为达到光照效率最佳，每次角度指令动作将超越阳光垂直位置，一个指令转角值中，中间转角位置将是阳光垂直位置。2个光感平时热备用，安装在光伏板系统首尾，当云层遮挡一个时不影响另一个使用，当有2个光感信号都低于阀值（阴雨等天气）时，系统保持不动，或者（经一定时间后）转至预设角度。当风速仪达到防风保护风速时，并持续30 秒，支架转到保护位置，风速正常后延时跟踪动作。从机如因机械等问题致电机一定时间过流（或断路器保护跳闸）或转角未动作或不到位误差太大，及从机通讯故障，主机会提示故障报警（具体哪个站点），傍晚阳光低于阀值时，支架统一转至西方极限，随着天黑转至防风保护位置，并等待第二天并重复。2个机械限位开关，作为行程机械终端保护，碰上到位停止前进，只能返回动作了。无论白天还是夜晚，优先级别依次是手动跟踪，大风保护，跟踪精度和太阳辐射强度成正比，越是晴朗天气，跟踪精度越高，辐射强度低，跟踪频率减缓。

主机系统参数设置及监控功能。1：参数设定项，当地经纬度，各段光感强度阀值，跟踪间隔时间（60S-600S）分晴天，多云不同，防风保护风速值（默认8级），防风保护转角位置（默认朝东水平下倾5度），阴雨天角度预设值，风速保护投切开关，电机电流保护值及堵转时间，保护后排除故障重新上电，:2：监视控制项，系统当前时间，电池板角度位置，光感信号强度指示，太阳高度角，从机运行故障、总线各站点通讯故障提示，传感器等故障信息提示，系统自动/手动控制，单站/群控操作。当选用单片机主机时，要求主机与监控电脑能自动校时来修正单片机的时钟误差。

对于系统总线的要求，优选CAN总线。

由于从站多，距离又会很远，要求从站动作响应快速，动作一致，数据上传通畅。

整个系统设计安全可靠，具有一定电磁、雷电等抗干扰保护能力。

整个开发包括硬件、软件部分，硬件样机的设计、制作（各单元原理图，软件流程图，接口协议定义。PCB板设计制作，器件焊接，下装程序），软件还包括上位机监控部分。

饱食终日，无所用心，难矣哉。——《论语•阳货》